間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動力學(xué)研究

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簡介： 間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動力學(xué)研究
關(guān)鍵字：間歇 活性污泥 磺胺

1 材料及方法

1.1 廢水
　　試驗所采用的廢水由實際的磺胺廢液加自來水和NH₄Cl、Na₂HPO₄(以BOD∶N∶P=100∶5∶1添加)配制而成，廢液的性質(zhì)如表1所示。

表1 磺胺廢液的性質(zhì)成分濃度TOC(g/L)30～34CODMn(g/L)18～26NaCl(%)14～16NaAc(%)7～8磺胺（%）1.8～2.0TS（%）24～27TVS（%）16～18pH6.0～6.2

　　廢液的稀釋倍數(shù)分別為10倍和20倍。另外，為了考察磺胺的影響，還根據(jù)過濾液在稀釋20倍時的NaCl和NaAc濃度，人工配制了不含磺胺的廢水進行對比。
1.2 試驗裝置及方法　
　　試驗裝置的構(gòu)成如圖1所示。

　　活性污泥反應(yīng)器為圓桶形有機玻璃容器，容積為8 L。反應(yīng)器放在一個恒溫水槽中，水溫控制在(20±1) ℃。空氣泵的氣量由轉(zhuǎn)子流量計控制在1～2 L/min，用溶解氧測定儀監(jiān)測反應(yīng)器中的溶氧濃度，確?；钚晕勰嗷旌弦喝苎鯘舛仍? mg/L以上。為了補充因曝氣造成的水分損失，在空氣泵與散氣球之間串聯(lián)了空氣加濕瓶。
　　試驗時取2 L馴化好的污泥混合液與4 L廢水放入反應(yīng)器中曝氣，并以一定時間間隔取樣化驗。
1.3 種泥及其馴化方法
　　活性污泥種泥采自城市污水廠的曝氣池。種泥的馴化和廢水處理分別采用上述濾液的10倍和20倍稀釋水進行。第一階段和第二階段試驗的HRT分別為10d和5d，運轉(zhuǎn)時間各2個月。在馴化期間分別對處理水的DOC和混合液污泥濃度進行了測定，同時用顯微鏡觀察了污泥中細菌相的變化。

2 試驗結(jié)果

　　圖2、3、4分別為廢液在10倍稀釋、20倍稀釋和原水中不含磺胺(人工廢水)時，活性污泥反應(yīng)體系中各指標(biāo)的逐時變化情況。
　　這里需要說明的是，在做20倍稀釋水的試驗時夜間沒有采樣，所以反應(yīng)的第6 h至22.5 h之間無數(shù)據(jù)。另外圖3中的幾個空白點是由于樣品測試失敗造成的。

3 討論與分析

3.1 指標(biāo)的相關(guān)性
　　試驗數(shù)據(jù)通過線性回歸可以得出混合液懸浮固體濃度的SOC指標(biāo)與VSS指標(biāo)以及基質(zhì)濃度的DOC指標(biāo)與BOD指標(biāo)之間的換算關(guān)系，即式(1)、(2)，據(jù)此可方便地計算出VSS和BOD值。
　　VSS=1.6SOC+581.0 (1)
　　BOD=1.9DOC-1285.3 (2)
3.2 動力學(xué)常數(shù)求定
　　為了探討磺胺的抑制性問題，依據(jù)Contois型動力學(xué)模型_[1]對所測得的數(shù)據(jù)進行回歸處理。
　　Contois型動力學(xué)模型如下：

　　(1/X)(dS/dt)=[Vm(S/X)]/[Ks+(S/X)]　　　(3)
　　式中　(1/X)(dS/dt)--基質(zhì)的比降解速率，h^-1
?　　　　Vm--基質(zhì)的最大比降解速率，h^-1
?　　　　Ks--飽和常數(shù)，mg/L
?　　　　X--微生物濃度，mgSOC/L
?　　　　S--基質(zhì)濃度，mgDOC/L

　　式(3)簡化為一級反應(yīng)式：
　　(1/X)(dS/dt)=K(S/X)
　　由于間歇活性污泥反應(yīng)為非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，故上式可改寫為：
　　d(S/X)/dt=K(S/X) (4)
　　其積分式為：
?　C=C_0exp(-Kt) (5)
　　式中 K=Vm/Ks--反應(yīng)速率常數(shù)
?　　　　C=S/X--基質(zhì)的比生物量濃度，mgDOC/mgSOC

　　S/X值在間歇活性污泥法(SBR法)中可視為不同時刻的污泥負荷，它是隨反應(yīng)時間的延長而降低的，其變化趨勢與一級反應(yīng)規(guī)律非常符合，因此可通過一級反應(yīng)方程式進行回歸得出其相應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)(表2)。

表2 動力學(xué)方程式原水種類SK10倍稀釋水8.0377exp(-0.1141t)0.114120倍稀釋水5.7646exp(-0.1369t)0.1369人工廢水3.0218exp(-0.4033t)0.4033

　　 表2中動力學(xué)方程式的系數(shù)表示了反應(yīng)初始間歇式活性污泥反應(yīng)器中基質(zhì)與污泥濃度的比值，可視為SBR法的起始污泥負荷。同樣，可以根據(jù)式(1)、(2)對測試結(jié)果進行處理而求出以kgBOD/kgVSS為單位的相應(yīng)動力學(xué)方程式S和反應(yīng)速率常數(shù)K，為習(xí)慣于BOD和VSS表示的設(shè)計者提供參考。
3.3 磺胺的抑制性
　　從上述結(jié)果可見，即使是馴化過的污泥，磺胺的抑制作用也很明顯。試驗所用廢液中，磺胺的濃度為14 140 mg/L，其理論TOC為5076 mg/L，且在10倍和20倍稀釋時分別為507.6、253.8mg/L。如按上述動力學(xué)方程式進行推斷，當(dāng)10倍、20倍稀釋情況以及人工廢水情況下反應(yīng)液中的醋酸鈉濃度被完全降解掉，即DOC濃度分別達507.6、253.8和0 mg/L(此時DOC/SOC分別為0.43、0.28和0.1)時，所需的反應(yīng)時間分別為25.6、22.1和21.6 h?？梢?，20倍稀釋時磺胺的抑制性幾乎不存在，因此對于該廢液的處理建議采用稀釋20倍。
　　試驗發(fā)現(xiàn)，對磺胺的降解采用兩級串聯(lián)的接觸氧化工藝更為有效，在活性污泥法系統(tǒng)中的降解效率很低^[2]。

4 結(jié)論

　　通過以上分析，對于采用間歇活性污泥法處理制藥廠磺胺廢液，可得出如下階段性結(jié)論：
　?、?采用10倍稀釋水進行處理，即使進行了污泥馴化，磺胺也會對微生物產(chǎn)生抑制作用，且磺胺的降解需要26 h以上的曝氣時間。而采用20倍稀釋水進行處理，磺胺的抑制作用消失。
　　② 采用間歇活性污泥法處理該廢液，其有機物降解可以用Contois型動力學(xué)模型的一級反應(yīng)式描述，所得參數(shù)可供設(shè)計者參考。

參考文獻

　　1 Leslie Grady C P Jr，Lim Henry C.Biological Wastewater Treatment Theory and Applications.MARCEL DEKKER,INC.New York and Basel,1980
　　2 張振家，中西弘.高濃度活性污泥法と接觸酸化法によるSA合成廢液の處理特性についての實驗的研究，科學(xué)研究補助金(試驗研究B，1)研究成果報告書，1993